大开孔率圆柱壳平齐接管结构三维有限元-分析

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1、符号说明应变矩阵本构方程中的系数矩阵接管直径，m材料的弹性模量，MPa本构节点等效力矢量材料的剪切弹性模量，MPa第二应力不变量，MPa结构刚度矩阵环向应力集中系数轴向应力集中系数筒体半径，m接管半径，m应力强度，MPa总体一次薄膜应力的许用应力强度，MPa应力偏张量，MPa接管壁厚，m筒体壁厚，m结构节点位移列阵，m体积，m3应变能泛函势能泛函应变能应力，MPa剪切应力，MPa应变泊松比转角；夹角，弧度温度，摄氏度克罗内克尔符号平均值下标说明×曰Dd居FG以置勋船Rrs岛％，，甜矿打qu口rPy口庐咯符号说明ASMEFEAFEMSCF内部外部屈服，弹性塑性弹塑性X方向Y方向z方向平均

2、值或对应于薄膜应力的量缩写说明Am刚canSoci啊ofMechanicalE蜮neersFiniteEl咖emAmalysisFiniteEl锄entMeIllodS打essCono朗lt戚onFactor，oyPp哆zy三所北京化工大学位论文原创性声明Y882135本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：鱼!丝日期：关于论文使用授权的说明知0

3、6一小2乒学位论文作者完全了解北京化工大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期问论文工作的知识产权单位属北京化工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。作者签名：导师签名：塾兰!兰日期．删占一够2p．￡羽丝北京化工大学硕士学位论文第一章绪论1．1研究课题的提出及前人研究成果概述在现代石油化工、能源和核工业生产中，大量存在着圆柱壳之间的正交连接结构，而且随着现代工业生产规模与生产装置的日益

4、大型化，圆柱壳开孔的直径也越来越大。由于在柱壳上开孔并安装了圆柱壳接管，主体圆柱壳的结构连续性就遭到了破坏，在柱壳与接管的相贯区将产生明显的应力集中，有时这种应力集中会达到总体薄膜应力的五、六倍，此外，再加上制造缺陷和检验困难等因素的综合作用，圆柱壳开孔结构的失效往往发生在相贯区附近。GBl50—1998《钢制压力容器》对圆柱形压力容器上最大开孔有如下规定，即：(1)当容器内径n≤150‰m时，开孔最大直径d≤l，2n，且d≤500rnm；(2)当容器内径Di>1500mm时，开孔最大直径d≤1／3Di，且d≤1000衄。这一规定是在总结了各国压力容器设计规范的基础上，根据我国长期的实

5、践经验制定的，其优点是安全可靠，简单易行。但对于开孔率>O．5的压力容器，各国的压力容器标准并未给出明确的设计方法，又因为解决此类问题在力学上遇到的困难，使对此类结构的研究从五十年代起便成了压力容器及力学界所共同关注的重要课题之一，欧美各国为此投入了大量人力物力从事分析与实验工作。近三四十年以来，由于超级计算机的出现使得采用有限图l一1典型的圆柱壳开孔接管结构Fig．1-l聊icalill岫ecti曲oft、vocy】inders元法解决此问题在原则上不再存在任何困难，而另一方面用薄壳理论求解大开孔问题的困难却迟迟得不到突破性的解决，因此建立以应力分析为基础的大开孔结构的设计规范仍是各

6、国学者与工程界共同关心的问题，有大量学者在继续从事这方面的计算与实验工作。薄膜与板壳理论是进行压力容器应力分析的有效方法，但由于理论方法不能包括实际工程中影响应力分析的所有因素，故对于理论方法还要根据实际工程情况进行修大开孔率圆柱壳平齐接管结构三维有限元分析正与简化。因此，在实际工程应用中，数值计算方法往往比解析法应用得更为普遍“1，而有限元法是其中最为典型的代表。用有限元法分析圆柱壳开孔接管相贯区的应力始于上世纪六十年代。早期人们主要采用薄壳单元和平板单元来分析两圆柱壳的正交连接结构。但是由于板壳有限元不能完全模拟管节头的几何形状，因而在主壳和支管的交界处板壳有限元结果和实验结果有较

7、大的差别。为了在管节头附近得到更精确的应力结果，七十年代以后由于计算机速度及容量的提高及有限元程序的完善，许多研究者开始采用三维有限元来分析圆柱壳接管结构。Bfyson【2】总结并给出了46个模型的有限元计算结果，并对其进行了参数分析。他做的结果，范围较广，包括艘≤O．63，D／，毫1{～10l，并且包括了内压及六种基本弯矩载荷。J曲ckcr【3】计算了一个删．65的模型，并得到了结构的极限压力。K血锄l棚对一个枷=0．68的模型，进行了补强与